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                            流体组分和脉动★流对涡轮流量计精度度影响
                            发布时间:2021-3-22 08:26:45

                              随着国内天然气市场需求不断增加,天然气对外依存度持¤续走高,对国内天然气的自采量增¤幅提出了更高的要求。山西的非常规∞天然︼气资源总量约占全 国的1/3,煤层气∞资源丰富,2020年全省煤层气开采量达到1×1010m3/a,在2025年将达到2×1010m3/a。涡轮流量计由流体推动叶轮 旋转,从而产生与流量成正比的电脉冲信号,具有精度⊙高、重复性好、测量范围广等诸多优点。在天然气计量的应用中╲,被测介质的黏度、密度、脏污程度、管道安 装结构、脉动流和组分等在不同的场所各不相同,综合各种影响ㄨ因素后对涡轮流量计的计量准确度造成№较大影响。为此,有必要结合实地情况采取必要的计量修正措 施,确保涡轮流量▃计计Ψ量精度,为公平交易奠定坚实的基础。
                              山西省A分输站(上游供气公司)自2011年开始向B分输站(下游用气公司№)供气以来,供气长期受正供销差困扰,始终未♂得以彻↙底解决(A分输 站至B分输站长输管线长度约为2km)。为此,以A分输站长期贸易计量交卐接的涡轮流量计为对象进【行研究。该涡轮流量计距离上游非常近压缩站仅7km,且地 形地势特征高差较大,在全省非常规天然气上下游计量→交接中具有代表性。综合各种「影响因素的分析可知,气体组分和脉动流对计量的精度有较大影响。本文通↑过实 际数据对比、AGA8-92DC方法和脉动流定性影¤响分析对计量偏差进行研究,是山西省非常规天然气公平贸】易◣的一项非常有意义的课∏题。
                            1涡轮流量☆计计量和换算原理
                            1.1计量原理
                              流体通过涡轮流量计时,流速被转换为涡轮的转ξ速,转速再被转换成与流量成正比的电信号,非常后在计数器上进々行显示和累计。目前,绝大多数涡ω轮 流量计都为一体化智能流量计,除上述机械计量部分外,还包括1台体◤积计算仪,依据实测工况流量、取压◥口实测压ζ 力、测温口实测温度及∞内部设定的一些固定参数 进行计算,将工况体积♀转换为可贸易交接的天然气体积,其原理如□ 图1所示。
                            涡轮流量计计量原理图示
                            1.2换算原理
                            1.2.1工作条件▽下的体积流量计算实用□公式
                              工作条件下的体积流量计算实用公式如式(1)所示:

                              式(1)中,qf为工作条件下的体积流量,m3/s;f为输□出工作频○率,Hz,由频率计◆采集;k为系数,m-3,可按流▲量计铭牌给定值。

                            1.2.2标准参比条件下的体积ㄨ流量①换算实用公式
                              标准参比条件下的体积流量换算实用公式如式(2)所示:

                              式(2)中,qn为标准↑参比条件下的体积流量,m3/s;pf为工作☉条件下的绝对静压力,MPa;pn为标↑准参比条件下的绝对静∮压力, MPa;Tn为标准参比条件¤下的热力学温度,K;Tf为工作条件下的气体绝对温度,K;Zn为标准参比条件下◣的√气体压缩因子;Zf为工作条件下的气体№压缩 因子。
                              工作条件下的压力和温度的准确度取决」于测量仪表。标准参比条件下的绝对静压力为101.325kPa,热力学温度为293.15K。输出工作 频率由频率↓计采集得到。在不考虑测量仪表测量误差的基础上,研究范围╱可进一步∑ 缩小,可主要从天然气组分对卐计量的█影响和脉动流对计量的影∩响两方面进行研究 [1]。
                            2天然〖气组分对计量的影响
                            2.1条件设定
                              非常规天然气与天然气相同,也是一种混合物,主要』成分是烷烃,绝大多数是CH4,也含有少量非烃类▼气体,其组分在各采气区各不相同,但作为影 响气体压缩因≡子的因素⌒ 之一,目前⌒ 在山西省的计量交接点处很少进行在线分析,一般是在体积计算仪中输入默认组分比例作〖为换∏算的依据(设计组分)。
                              气体压缩因子Zn在标准参比条件←下受介质组分变化影响极小(近似于1),但在高压输气条件下,工作条件下◆的气体压缩因子Zf受组分影响会发生 较大变化。山西省非常规天然气的组╱╱分与典型的天然◎气组分(设计组分)相比有◣较大变化,在高压输送计量中,气体压缩因子的〗变化对计量准确度的影响已超出了其 本︾身的计量精度,其★影响不可忽略ぷ。A分输站2020年9月24日11:06的运行参数如表1所示。

                            2.2组分数据
                              设计╳组分选取典型天然气组分,如表2所示。非常规天然气实际组分以A分输站历年实际气质检测报告结果为依据,如表3所示。
                            2.3理论分▲析组分◥对气体压缩因子的影响
                              压缩因子的求得方式有很多种,包括仪器、理论计算方程、凭借经验公式√估算、Standing-Katz确定等[2]。GB/T17747.1 —2011《天▂然气压缩因子的计算第1部分:导论和指南》推荐用AGA8-92DC和SGERG-88法。所研究分析的介质已有历年详细的气质组分,同时 考虑AGA8-92DC法精确度◤较高,因此选用AGA8-92DC法并通过VisualBasic编写程序进◤行计算。


                              依据表2典型天然气组分和实际运行参数计算Zn/Zf,计算结果为1.0864,输入及输出结★果如图2所示。

                              依据表3非常规天然气实际组分和实际运行参数计算Zn/Zf,计算Ψ结果如表々4所示。

                              通过对比分析,采用设计组分计算时气体压缩因子比值为1.0864,而采用实■际组分计算时为1.0613,偏差为2.365%。由此可知,不调整设计组分会导致正2.365%的供销差。
                            2.4实际供销差◥数据
                            2011—2019年实际供销差如↘表5所示。

                            2.5天然气组分对计量结果的影响
                              将理论计算与实际供销差数据进行▓对比,结果相近,由此可知〗在假设条件和不考虑其他影响因素时,受非常规㊣天然气组分的影响,计量值偏大,正偏差 值约为2.28%,对下游接气单〒位不利,给下游单位的供销差◆管理造成不利后果。
                            3脉动流对计量的影响
                              脉动流的成因有很△多,如在紧邻增压机出口处、控制阀频繁操作时、管线振荡时和管线中有漩涡等,有时压力︼和温度探测器产生的涡街也会形成脉动流↓。其特性是介质流◎动不稳定,但周期性变化,流体在加速或减速过程中会影响⊙叶轮旋转速,但叶轮旋转相对滞后,通俗可理解为“惯性”,由此对流√量计的准确计量造成一定的影响。
                            3.1流量测量
                              现阶段,脉动流的直接测量还存在很大困难,但可通过误差方程@ 分析、实验室试验和专业的@脉动流量误差检测设备检测分析某一特定脉动流的测量◢误 差。前两种方法基于脉动流的振幅和频率的可测量性,振幅和频率的测量可通过激光多普勒技术、热线◥风速仪法等。专业的脉动流量误差检测设备已有设备制造厂家 在生产。
                            3.1.1误差方程分析
                              通过对■机翼理论的研ξ究,可列出涉及惯量、夹角、叶轮半径、角速度等参数的误差运动方程,通过编程可求得针对某一特定涡轮流量◣计的不同振幅和频 率脉动流的测量误差[3]。依据动量↙守恒定律,可列出包含流速、切线速ㄨ度等参数的非线性微分【方程,通过计算和分析可理论推导≡测量误差[4]。
                            3.1.2实验室试验
                              现场实测脉动流的特性,采用已知标准体积压缩空↘气,在实Ψ验室模拟脉动流,将测量值与标」准体积进行♂对比,分析测量误差。
                            3.1.3误差检测设备检测
                              一种燃气脉动流误差检〇测设备,可较精确地测得脉动误差值,但暂↘未在山西省广泛↘应用。在绝大多数燃气公司的实 际运行管理过程中,脉动流的特性▆参数无法在日ぷ常运行监测数据№中获取,因此,主要定性地说明脉动流对∑涡轮流量计计量偏▃差的影响。
                            3.2测量误差
                              已有很多学者针对脉动流对计量的影响进〗行了研究。分析结果可知,由于叶轮受流体加速影「响小,受流体减速影响大,计量始终存ξ在正供销差。此外, 正供销差取决于脉动流的振幅和频率,整体来说,如果脉动流频率大于叶轮◣角频率时正供销差值较大,脉动振@ 幅增』大时正供销差值也随之增大。
                            3.3脉♀动←流对计量结果影响
                            A分输站涡轮流量计距离上游非常近的压缩站(往复式↑压缩机增压)不到7km,且该ξ 分输站工艺布置紧凑。据实地测〗量,流量计上游直ζ管段长度约为 6Dn(Dn为涡轮流量计口径,mm),下游直管段长度约为4Dn。此外,7km管道沿线地势高低『不平,加之煤层气气质水含量较大,导∞致在低洼处极□易形成 积液,积液也会造成脉动流。2014年8—10月期间,下游公司发现正供销差持续增大时,对A分输站和B分输站的¤涡轮流量计∮进行了标定,但标定结果均为合 格。随后下游公司在☆2014年11月5—7日对A至B分输站段管线进行了清︼管作业,共』清出污水杂质约23t,清管完成卐后正供销差〇明显减小。清管前后实际供 销差数据如表6所示。

                              除此之外,通过日常〓运行监测,供气瞬时流量每次显示数据都在变化,且在一→定时间内在ㄨ1个值上下频繁※波动(波动幅度约为±20%)。综◥合上述情 况,该输气管道←存在脉动流的可能性很大。脉动流会⌒造成正供销差影响,对下游接↘气单位不利,因此有必要对脉动流的影响进行修正。
                            4结语
                              目前,山西省绝大多数分输站」未安装在线▲色谱仪,且直接测量脉动流流量的计量表还未被广泛应用于实际生产中。探究表明,山西省非常规天然气的组 分和脉动流输气均会使涡轮流量计产生无法通㊣ 过定期检定来消除的『正向系㊣ 统误差。因此,为确保作为上下游贸易交接依据的计量表测量的精度◥,保证公平〒交易,可通 过误差分析㊣修正、组分修正、优化工艺等方式对现涡轮流量直接测量结果进行修★正。
                            a)天然气组分影响的▓修正建议。结合实际工况条件,合理调整涡△轮流量计的压缩因子和天然气组分;当精度要求∏较高时,采取安装在线分析仪的方式实时更新流量计参数〓。
                            b)脉动流影响的修正建〓议。通过工艺优化、改造,使流体通◆过流量计时基本稳定;选定合⊙适的流量计型号;实测脉动流特性,理论计算或实验室试验分析测量误差,与结算方进行☉误差修正;采用误差测量设备对测量误差进行测量和修【正,并以此作为结算依〗据。

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